Способ изготовления искусственных глаз для роботов и кукол Российский патент 2022 года по МПК A63H3/42 A63H9/00 G09B23/28 C08L75/04 

Изобретение относится к области изготовления искусственных глаз для роботов и кукол, в том числе используемых в качестве тренажеров для обучения в медицинских целях.

Известны различные способы отливки протезов и имитаторов глазных яблок, которые используются в медицине и были предназначены только для людей (RU 2612594, опубл. 09.03.2017; RU 2649449, опубл. 03.04.2018; RU 2683109, опубл. 26.03.2019; RU 47694, опубл. 10.09.2005).

Однако из соображений безопасности полученный продукт должен соответствовать определенным требованиям, в том числе - использованием биологически инертных дорогостоящих материалов, а в процессе изготовления необходим индивидуальный подбор и примерка, а также разрисовка радужной оболочки глаза вручную, что усложняет и удорожает процесс изготовления искусственных глаз.

Известны также различные способы изготовления искусственных глаз для кукол, игрушечных животных и чучел животных (RU 9382, опубл. 16.03.1999; RU 2179876, опубл. 27.02.2002; RU 2164432, опубл.  27.03.2001; KR102050171, опубл 28.11.2019; JP2012024382, опубл. 09.02.2012; CN204319752, опубл. 13.05.2015).

Однако известные способы не позволяют получать реалистичные искусственные глаза с объемным эффектом, максимально приближенные к реальным.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления глазного протеза для человека, который заключается в формировании основания путем отливки из окрашенного в светлый матовый цвет полиметилметакрилата (ПММА), на передней части основания и ответной части покрытия выполняют плоские участки для изображения радужной оболочки, с помощью цифровой фотокамеры получают изображение радужной оболочки со зрачком, склеры и кровеносных сосудов здорового глаза и наносят указанное изображение непосредственно на основание посредством тампонной печати или пьезоструйной УФ-отверждаемой печати (RU 2612594,опубл. 09.03.2017 г.).

Недостаток известного способа – сложность изготовление, недолговечность изделия в результате использования в качестве полимера жесткого аморфного полиметилметакрилата, обладающего свойством растрескиваться со временем, а также недостаточная объемность и реалистичность глазного яблока.

Технический результат – упрощение способа изготовления, повышение долговечности и реалистичности полученного изделия.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления искусственных глаз заключается в поэтапном формировании глазного яблока с использованием материала на основе полимера - алифатического полиуретана Crystal clear 202 (https://www.smooth-on.com/products/crystal-clear-202/), который является оптически прозрачным полиуретаном с твердостью по ШОР D 80 и предназначен для тонкостенного литья, толщиной не более 1,27 см. Время жизни 9 минут, время отвержения 90 минут. Вязкость смеси 600 сП. Усадка составляет 3.175%, коэффициент преломления - 1.49888. Материал используется при 23 градусах Цельсия. Полимер двухкомпонентный, состоящий из компонента А и компонента В, соотношение А:В = 100А : 90В. Компонент А - 4,4'-methylenedicyclohexyl diisocyanate (CAS 5124-30-1). Компонент В - Phenylmercury neodecanoate (CAS 26545-49-3).

Формирование глазного яблока осуществляют с использованием силиконовой формы с углублением, повторяющем внешние контуры глазного яблока и металлической вставки для формирования внутренней полости глазного яблока.

При этом предварительно методом фотопечати изготавливают подложку для радужной оболочки глазного яблока, на подложке путем нанесения капель жидкого двухкомпонентного алифатического полиуретана формируют радужную оболочку, создавая эффект линзы, далее радужную оболочку высушивают, подвергают вакуумной дегазации и выдержке на горизонтальной поверхности при комнатной температуре.

Затем радужную оболочку помещают вглубь силиконовой формы, а поверх радужной оболочки заливают порцию жидкой полимерной смеси на основе алифатического полиуретана, а после дегазации доливают следующую порцию жидкой полимерной смеси. В силиконовую форму помещают вставку, формирующую имитацию белка глазного яблока и тонкие склеры глаза, затем всю конструкцию подвергают вакуумной дегазации, после чего заготовку снимают с формы и помещают в духовой шкаф, затем очищают от облоя и полируют.

Известно, что алифатический полиуретан является полимерным материалом, не имеющим ароматических структур (https://ru.strephonsays.com/aliphatic-and-aromatic-polyurethane-2302). Он применяется в качестве покрытия в промышленности и строительстве, т.к. является прочным и гибкими и может служить добавкой ко многим изделиям, чтобы получить прочную отделку. Чаще всего этот материал используют для герметиков и покрытий, предназначенных для наружного применения. Однако, из уровня технике не известно его использование для изготовления белков в искусственных глазных яблоках, в том числе для кукол и роботов.

Кроме того, этот материал обладает высокой устойчивостью к воде и УФ-лучам, не желтеет под воздействием солнечных лучей, имеет высокую прочность на разрыв и медленно течет, поэтому его можно использовать в виде толстой пленки.

Использование метода фотопечати для изготовления подложки на фотобумаге для радужной оболочки глазного яблока и нанесение капель жидкого алифатического полиуретана Crystal clear 202 позволяет сформировать выпуклую радужную оболочку с максимальной достоверностью и реалистичностью.

Радужную оболочку помещают вглубь силиконовой формы, а поверх радужной оболочки заливают жидкую полимерную смесь в таком количестве, чтобы радужная оболочка не просвечивала, после дегазации доливают следующую порцию жидкой полимерной смеси для формирования имитации белка и склеры глазного яблока, поместив вставку в силиконовую форму. При этом осуществляли формирование имитации белка глазного яблока и тонких склер глаза.

Всю конструкцию подвергают вакуумной дегазации, после чего заготовку снимают с формы и помещают в духовой шкаф, затем очищают от облоя и полируют, получая реалистичную заготовку искусственного глаза.

Дополнительную реалистичность и схожесть с натуральным глазом дает нанесение на заготовку слоя желтой акриловой краски для придания легкой желтизны, а также приклеивание красных шелковых нитей, имитирующих кровеносные сосуды (п.2 формулы).

На фиг.1 в разрезе показано приспособление, с помощью которого осуществляется изготовление заготовки искусственного глазного яблока заявленным способом, где:

1 - силиконовая форма;

2 - вставка;

3 - подложка для радужной оболочки глазного яблока;

4 - прозрачная линза радужной оболочки;

5 - склера белка глазного яблока;

6 - шелковые нити, имитирующие кровеносные сосуды глазного яблока;

7 - непрозрачный слой полимера, имитирующий белок глазного яблока.

На фиг.2 представлена фотография готового изделия, полученного заявленным способом.

Осуществление заявляемого способа показано на конкретном примере.

Файл подложки 3 для формирования радужной оболочки глазного яблока готовили на электронном носителе (PNG JPG и др.) и распечатывали подложку диаметром 12 мм методом фотопечати на фотобумаге, затем выдавливали ее с помощью пробойника (можно обрезать вручную).

На высушенную подложку с помощью шприца наносили небольшое количество алифатического полиуретана Crystal clear 202 от компании Smooth – on (https://www.smooth-on.com/products/crystal-clear-202/), создавая эффект линзы, которая под действием поверхностного натяжения удерживается на поверхности подложки. Далее осуществляли сушку при комнатной температуре в течение 6 часов, вакуумную дегазацию в моно вакуумной камере давления МВ 325-400 (http://v-sota.ru/katalog-produkcii/vakuumnoe-oborudovanie/vakuumnye-kamery/manovakuumnaja-kamera-dlja-degazacii-mv-325-400/) в течение 1 час 30 минут при 0,2 атм. и выдержку на горизонтальной поверхности при комнатной температуре в течение 24 часов.

Затем готовую радужную оболочку (подложка 3 с линзой 4) поместили в углубление силиконовой формы 1 для отливки имитации белка глаза.

Готовили смесь на основе двухкомпонентного (компоненты А и В) алифатического полиуретана Crystal clear 202 в следующем порядке: в 4 мл компонента добавили 2 капли белого красителя, 1 каплю желтого красителя +5 мл компонента В + на кончике зубочистки черного красителя + 1 каплю красного красителя +5 мл компонента В+ на кончике зубочистки синего красителя + 4,5 мл компонент А.

Заливка смеси проходила следующим образом:

Большую по объему порцию смеси заливали в шприц и через иголку шприца вливали в углубление силиконовой формы 1 до того момента, пока радужная оболочка 3,4 не утонет. Сделано это было для того, чтобы радужная оболочка не просвечивала под плотным, белым слоем полимера.

Вторую порцию жидкой смеси готовили следующим образом:

Предварительно 1 мл компонента В и 1,1 мл компонента А полимера Crystal clear 202 смешивали и помещали в камеру вакуумной дегазации А160-180 (http://v-sota.ru/katalog-produkcii/vakuumnoe-oborudovanie/vakuumnye-kamery/vakuumnaja-kamera-dlja-degazacii-a160-180/) при 0,08 атм на 4 минуты, перемешивали , и при помощи шприца заливали в силиконовую форму 1.

Эту смесь заливали в силиконовую форму 1, чтобы при помещении вставки 2 из нержавеющей стали в углубление формы 1 полимерная смесь вытеснялась, образуя непрозрачный слой 7, имитирующий белок глазного яблока и тонкие стенки склеры 5.

Далее в силиконовую форму 1 помещали вставку 2 и затем размещали в камере давления МВ 325-400 при 0,2 атмосферы на 1 час 30 минут.

Далее всю конструкцию подвергали вакуумной дегазации, т.е. помещали в камеру А160-180 при 0,08 атм на 4 минуты. Следующими операциями были нанесение на заготовку глазного яблока слоя желтой акриловой краски Ладога (https://www.nevskayapalitra.ru/brands/#ladoga) на поверхность белка кисточкой для придания легкой желтизны и сушка в течение 1 часа. Далее прозрачным клеем наклеивали красные шелковые нити 6 шириной 32 мкм, имитирующие кровеносные сосуды.

Перед полировкой снимали заготовку изделия со вставки 2 и помещали в духовой шкаф на 4 часа при температуре 50 градусов. Очистку облоя осуществляли с помощью наждачной бумаги STS-60-R ABRO в течение 10 секунд, затем наждачной бумагой STS-40-R ABRO в течении 10 секунд и полировали до зеркального состояния при помощи аккумуляторной дрели - шуруповерта Bosch, на которую надевали монтажную оправку Matrix d125 со шпинделем, а также полировальник Fitter. Использовали абразивную полировальную пасту Fast Cut Plus ЗМ 50417(https://www.insafe.ru/product/pasta-abrazivnaya-fast-cut-plus-3m-50417/).

Возможен и другой вариант шлифовки с помощью шлифмотора ШМ - 1 и насадки «пушок» 70 мм. (https://www.sapphire.ru/vcd-476-1-5331/goodsinfo.html). В таком случае абразивная паста не использовалась.

На практике время изготовления пары искусственных глаз составило 3 суток, из которых 4 часа уходили на работу, остальное время - на застывание полимера Crystal clear 202.

Полученное изделие, показанное на фиг.2, выглядит объемно и реалистично, практически не отличается от настоящего глазного яблока. Изготовление не требует дорогостоящего оборудования и особых условий. Изделие обладает достаточной долговечностью и надежностью.

Изобретение относится к области изготовления искусственных глаз для роботов и кукол. Способ изготовления искусственных глаз включает формирование глазного яблока с использованием силиконовой формы, предварительно из фотобумаги методом фотопечати изготавливают подложку для радужной оболочки глазного яблока, на подложке путем нанесения капель жидкого алифатического полиуретана формируют радужную оболочку, далее ее высушивают, подвергают вакуумной дегазации и выдержке на горизонтальной поверхности при комнатной температуре, затем радужную оболочку помещают вглубь силиконовой формы, а поверх радужной оболочки заливают порцию жидкой полимерной смеси на основе алифатического полиуретана, после дегазации доливают следующую порцию жидкой полимерной смеси, в силиконовую форму помещают вставку, формирующую имитацию белка глазного яблока и тонкие склеры глаза, затем всю конструкцию подвергают вакуумной дегазации, после чего заготовку снимают с формы и помещают в духовой шкаф, затем очищают от облоя и полируют. Изобретение может быть использовано в качестве тренажеров для обучения в медицинских целях. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

1. Способ изготовления искусственных глаз для роботов и кукол, заключающийся в поэтапном формировании глазного яблока с использованием материала на основе полимера, отличающийся тем, что в качестве полимера используют алифатический полиуретан Crystal clear 202, формирование глазного яблока осуществляют с использованием силиконовой формы с углублением, повторяющим внешние контуры глазного яблока и вставки для формирования внутренней полости глазного яблока, при этом предварительно из фотобумаги методом фотопечати изготавливают подложку для радужной оболочки глазного яблока, на подложке путем нанесения капель жидкого алифатического полиуретана формируют радужную оболочку, далее ее высушивают, подвергают вакуумной дегазации и выдержке на горизонтальной поверхности при комнатной температуре, затем радужную оболочку помещают вглубь силиконовой формы, а поверх радужной оболочки заливают порцию жидкой полимерной смеси на основе алифатического полиуретана, а после дегазации доливают следующую порцию жидкой полимерной смеси, в силиконовую форму помещают вставку, формирующую имитацию белка глазного яблока и тонкие склеры глаза, затем всю конструкцию подвергают вакуумной дегазации, после чего заготовку снимают с формы и помещают в духовой шкаф, затем очищают от облоя и полируют.

2. Способ изготовления искусственных глаз для роботов и кукол по п.1, отличающийся тем, что на заготовку глазного яблока наносят слой желтой акриловой краски и дают высохнуть, а на поверхность приклеивают красные шелковые нити, имитирующие кровеносные сосуды.